Устройство для определения показателя преломления

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСК РЕСПУБЛИК е а 7464 1)4 С 01 И 21/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН(54) УСТРОЙСТВО ДляПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ность с гармоническим законом распределения, и определения оптическойразности хода по величине смещенияположения максимумов этого распределения освещенности, возникающего присоздании оптической разности ходаэталонной и тестовой световыми волнами. Формирование бесконечной суммыплоских световых волн осуществляетсянапример, путем изображения в бесконечность с помощью коллиматорногообъектива тест-объекта, выполненногов виде решетки с гармоническим распределением светопропускания, который равномерно освещается монохроматическим источником света. Формирование освещенности в плоскости анализас гармоническим законом распределениосуществляется с помощью камерногообъектива, в фокальной плоскости которого локализуется иэображение тестобъекта. При этом обеспечивается стргая линейность между величиной смещения максимумов распределения освещенности в иэображении тест-объектаи величиной созданной оптической разности хода. 1 ил. моду- интер применении оптической1951, 83 нтерфероме1976, с, бОПРЕДЕЛЕНИЯ ы.24(57) Изобре вано для оп ломления пр т быть использ показателя пре ние мож еделениязрачных веществности я света ской ра по вносим ими оптич талоннойЦель иэ ти опреде све и тестовобретенияления опформироволн в в да меж ыми вол повыическоиания ние то а за сче тестовой разности эталонной есати и суммы плос световых вол мон конеч чески щихся распроск другунализа раняюи фо д углами д све ир лоскости 2представлестройства. бласт На чертеж принципи альная схема1Устройстмонохроматиосвещающий ист сточник тв по с соде го света, равномерн объект 2, выполненн гармоническим расп опропускания с возможн зности ход световыми еско естки с виде решеелением св льзовано я преломлетью пе ческой ердых тел. ется повыхов и расп кости колл показате ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1Изобретение относится контроля оптических хара прозрачных для света вещ даваемой ими оптической между тестовой и эталонн волнами и может быть исп для определения показате ния газов, жидкостей и тЦелью изобретения явл шение точности определенля преломления. ия перпендикулярно опти направлению своих штриженный в фокальной плос торногообъектива 3, ко1(х) "Г 1 + соз(ы хЦ (1)КР5 гце ь = -- пространственная часо Дтота тест-объекта;0 - световой диаметр коллиматорного и камерногообъективов, О - длина волны излученияисточника света;- фокусное расстояние камерного объектива;х - координата в плоскости 5 тест-объекта, перпендикулярная направлению егоего штрихов.Это позволяет повысить точностьизмерений за счет обеспечения строгой О линейности между величиной показателя преломления и величиной смещениямаксимумов распределения освещенностив изображении тест-объекта и светосилу устройства.При выводе соотношений за основувзято то, что оптическая система изображает решетку с гармоническим рас-пределением светопропускания единичного контраста без искажения характера этого распределения, т.е. иэображение также имеет гармонический законраспределения. При этом изображениеимеет контраст, равный величине функции передачи модуляции Т(м) и смещено 5относительно своего идеального положения пропорционально величине функции передачи фазы (м) изображающейоптической системы.ТЫ и ц(в) оптической системыимеют следующий вид:вдп К ЮИ,Ъ и)0; (2) Г 2 12 3146746 торый формирует световую волну, проходящую через кювету 4 с исследуемым веществом, камерный объектив 5, формирующий изображение тест-объекта 25 в плоскости анализатора 6, представляющего собой узкую щель, за которой расположен фотоприемник 7, полосовой усилитель 8, настроенный на временную частоту, вдвое большую частоты колебаний тест-объекта 2, регистратор 9 и индикатор 10 перемещения анализатора 6.Устройство работает следующим образом. 1Источник 1 света равномерно осве щает тест-объект 2, который с помощью объективов 3 и 5 изображается в плоскости анализатора 6. Световой поток, прошедший через анализатор 6 преобразуется в электрический сигнал с помощью фотоприемника 7. Электри- . ческий сигнал модулируется по временной частоте путем периодического смещения тест-объекта 2 перпендику лярно оптической оси, с фотоприемника 7 подается в усилитель 8 и в регистратор 9. Путем перемещения анализатора 6 перпендикулярно оптичес" кой оси добиваются максимума сигнала 3 на регистраторе 9. Измерение величины перемещения анализатора 6 производится с помощью индикатора 10.Устройство для определения показателя преломления работает следую 3 щим образом.Первоначально до введения исследуемой среды в кювету 4 путем перемещения анализатора 6 измеряют с помощью индикатора 10 координату Х, по ложения анализатора 6, соответствующую максимуму электрического сигнала с усилителя 8. После введения исследуемой среды в одну из камер кюветы 4 путем перемещения анализа тора 6 определяют с помощью индикатора 10 вторую координату Х положения анализатора 6, соответствующую новому положению максимума сигнала с усилителя 8. По величине смещения 44анализатора В Х = Х- Хопределяют показатель преломления исследуемой среды.Равномерным освещением монохроматическим излучением тест-объекта, выполненного в виде решетки с гармоническим распределением светопропускания, в его плоскости создается распределение светимости 1(х), пропорциональное выражению67464 61Использование модуляционного метода для известных устройств не обеспечивает такой точности определенияЛ 1 так как для них форма максимумов функции В(х) имеет существеннуюнесимметричность, что приводит кпогрешности определения координатымаксимума.Повышается и светосила, так какисключается необходимость использования щелевых диафрагм в параллельном ходе лучей и снимается ограничение на максимальный размер источникаизлученияРазмер 1 тест-объекта должен бытьне меньше, чем где ы= 2 о, -2 ОКЛ Тмин1, 1 Х(7) 20(5) 35 где 1. - длина кюветы;и - показатель преломления средыэталонного отделения кюветы.Из выражения (4) следует зависимость д 1. от величины дХ смещения мак симумов функции В(х): П Г1 макс(6) дЕ = - ЯХ0 2 Г Так как величины 0 и Й в выраже нии (6) постоянны, то точность определения ВЕ, а следовательно, и и определяются только точностью определения координаты максимума функции В(х). Поскольку форма максимумоВ функции В(х) симметрична, то, например, использование модуляционного метода наведения на максимум гармонического оптического сигнала позво 5 14 предельная пространственная частота;волновое число,д 1. - оптическая разностьхода между световымиволнами, прошедшимичерез первую и вторуюкамеры кюветы,Из выражения (3) следует, что приы -э ыо величина ц (ы) прямопропорциональна дЕ, а величина Т(ю) отЖ 1. не зависит и уменьшается с увеличением ьэ Поэтому из условия получения максимально возможного контраста в изображении для тест-объектавыбрана минимальная ы= иэ , при которой еще сохраняется пропорциональность между (м) и Ж. Эта частотасоответствует периоду Т тест-объекта,равному 2 ЛГТ0Распределение освещенности В(х)в изображении тест-объекта вида (1)с учетом (2) и (3) имеет следующийвид:.В(х) 11 + 0,5 сов (ы, Х + Кд 1,)3. Показатель преломления и связанс йЕ следующим образом: ляет в этом случае снизить погрешность определения В 1. до 10 мкм, Модуляция выходного сигнала .осуществляется периодическим перемещениемтест-объекта. где К - допустимая погрешность определения показателя преломления.Условие (5) получено из анализа функции распределения освещенности в изображении ограниченного по размеру тест-объекта, Из (7) следует, что число периодов решетки тест- объекта, например, при = -10,100 мм и Л = 0,5 мкм должно быть не менее 66.Верхний предел размера 1 опреде" ляется величиной поля зрения системы коллиматорный - камерный объективы и равен где А - расстояние между объективами.Изобретение позволяет снизить погрешность определения оптической разности хода за счет обеспечения строгой линейной зависимости между определяемой величиной оптической разности хода и измеряемой величиной смещения точки максимума распределения освещенностив плоскости анализа и симметричности формы этих максимумов. Это позволяет эффективно применить модуляционный метод наведения на максимум гармонического оптического сигнала и снизить погрешность определения показателя преломления, например, при )лине кюветы 100 мм до величины 10Формула изобретенияУстройство для определения показателя преломления,.содержащее иса размер решетки 1 в направлении,перпендикулярном направлению ее штрихов, удовлетворяет соотношению 20 Составитель С.ГолубевТехред М.Ходанич Корректор В.Гирняк Редактор Н.Бобкова Заказ 1188)40 Тираж 788 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина,101 точник монохроматического излученияи расположенные по ходу лучей тестобъект, коллиматорный объектив, фокус которого совмещен с плоскостьютест-объекта, кювету, камерный объектив и регистратор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения показателяпреломления, тест-объект выполнен 1 Ов виде решетки с синусоидальным распределением светопропускания, периодТ которого равен Т 0 Гуды:щ.у(1где Р - световой диаметр коллиматорного и камерного объективовЕ - фокусное расстояние коллиматорного объектива;- допустимая относительная погрешность определения показателя преломления;Ь - длина кюветы;- длина волны источника излучения;А - расстояние от камерного доколлиматорного объектива,при этом тест-объект установлен с/возможностью перемещения перпендикулярно направлению хода лучей и направлению своих штрихов,